基于CITESPACE的智能产品设计国内研究热点与趋势分析

2024-01-06闫胜昝王树山

设计 2023年23期

闫胜昝王树山

摘要：从知识图谱视角出发，基于CiteSpace，选取中国知网（CNKI）中收录的智能产品设计文献为分析样本，综合采用文献计量方法和科学可视化技术，分析国内智能产品设计领域的研究现状、研究热点、研究前沿及趋势。研究表明，国内智能产品设计研究的30年经历了初步发展、波动上升和稳步上升3个阶段，从概念形成、问题提出的探索，设计方法、支持技术的研究，到研究视角、研究思路的深入。研究热点集中在产品设计、人工智能、设计方法、用户体验等方面，研究趋势侧重于新一代人工智能技术与多领域产品的深度融合、面向用户情感体验的交互设计研究等。

关键词：智能产品设计；科学可视化；知识图谱；聚类分析；研究热点

中图分类号：G31 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2023）23-0078-04

Abstract：From the perspective of knowledge mapping，based on CiteSpace software，the intelligent product design literature collected in CNKI is selected as the analysis sample，and the research status，research hotspots，research frontiers and trends in the field of intelligent product design in China are analyzed by comprehensively using the literature measurement method and scientific visualization technology. The research shows that the 30 years of research on intelligent product design in China have experienced three stages：preliminary development，fluctuating rise and steady rise，from concept formation，problem raising exploration，design method and support technology research，to the deepening of research perspective and research ideas. The research focuses on product design，artificial intelligence，design methods，user experience，etc. the research trend focuses on the deep integration of the new generation of artificial intelligence technology and multi domain products，and the research on interactive design for user emotional experience.

Keywords：Intelligent product design；Scientific visualization；Knowledge mapping；Cluster analysis；Research hotspots

引言

随着计算机与信息技术的不断发展，1956年的Dartmouth会议上首次提出人工智能的概念，而我国是在2017年全国两会政府工作报告中首提人工智能[1]，在移动互联、5G、大数据等技术的加持下，今天的人工智能在设计行业的应用也逐渐深入。一方面，借助神经网络、深度学习等，人工智能技术应用于设计过程中，一些重复性设计工作被其取代，如阿里的鹿班系统；更有设计师开始尝试将人工智能用于产品设计，如法国设计师Philippe Starck在2019年的米兰设计周上展出了AI辅助其设计的椅子；虽然设计是一项带有个人气质主观性较强的工作，但其中仍有人工智能发挥的空间。另一方面，设计逐渐从传统产品设计向智能产品设计转变，从注重产品造型向关注产品功能转变，智能产品已成为设计师创新设计的一个重要方向，设计经历了农耕时代传统设计和工业时代现代设计的进化，已经进入智能时代创新设计的新发展阶段。借助科学知识计量可视化分析软件CiteSpace对智能产品设计的国内研究现状、热点及趋势进行梳理分析，希望对智能产品设计的技术方法研究、创新设计发展和进一步将人工智能同设计相融合、将智能产品设计拓展到更多领域提供一定的参考价值。

一、数据资源与分析工具

（一）数据资源

对国内智能产品设计的研究脉络和热点趋势进行分析，为避免不同层次期刊之间差距带来的影响，本文将期刊类别限定在SCI来源期刊、EI来源期刊、北大核心、CSSCI、CSCD期刊，时间不限，以“智能产品设计”为主题，在中国知网（http：//www.cnki.net/）的学术期刊数据库中进行检索，得到322条结果，经人工核对，手动去除检索结果中的无效记录和重复记录，最终得到317条有效结果，采用Refworks格式进行导出。对检索数据进行初步观察发现，第一篇与“智能产品设计”主题相关的文章发表于1992年末，因此数据资源来自1992～2022年的30年内，这为后续分析中设置时间切片的起始时间提供了依据。

（二）分析工具

CiteSpace是一款着眼于分析科學研究中蕴含的潜在知识，在科学计量学、数据可视化背景下逐渐发展起来的一款文献可视化分析软件，通过可视化的手段呈现科学知识的结构、规律和分布情况，获得科学知识图谱[2]。借助CiteSpace.5.8.R1软件，以智能产品设计为关注点，对检索得到的有效文献数据资源，进行知识图谱分析，探讨国内智能产品设计研究的发展演变及趋势。运用软件中的节点类型选择，分别对发文期刊、发文单位、发文作者进行分析，重点进行关键词分析，在关键词的共现分析结果中总结热点，在关键词的突现分析结果中分析趋势。

二、分析研究

（一）智能产品设计研究的3个阶段

从知网检索结果分析该主题的研究脉络，首先对历年相关发文数量进行统计发现，国内有关智能产品设计的研究可分为3个阶段：初步发展阶段（1992～2000年），波动上升阶段（2001～2016年），稳步上升阶段（2017～2022年），整个周期内呈上升趋势。

初步发展阶段，智能产品设计主题的文献数量不多，但下载和被引次数较高，该阶段的研究主要集中于机械产品概念设计、产品设计方法和软件系统开发，重在基础理论、技术与方法研究[3-5]。

波动上升阶段，周期较长，智能产品设计的研究技术上趋向于面向具体场景的平台及系统开发研究，方法上提出“动态优化、智能化和可视化”的三化综合设计法，设计上逐步趋向于具体智能产品的设计实践研究，但关注特殊人群较多，并可见更多智能产品交互设计、服务设计、可用性方面的研究文章[6-10]。

稳步上升阶段，智能产品设计相关研究逐渐丰富，开始多元化发展，发文数量明显增多，更多学者关注智能产品的交互设计、服务系统设计、以人为中心、自然交互等问题，用户体验，尤其是心理情感体验备受关注，如何设计出体验好且满足用户潜在需求的智能产品是设计师面临的更大挑战，有学者开始研究基于用户行为的智能产品设计方法和应用[11-15]。

（二）智能产品设计研究的交叉学科属性

对数据源的发文期刊借助CNKI检索结果和传统方法进行统计分析发现，关于智能产品设计发文数量最多的期刊是《包装工程》，共发文75篇，占该主题总发文量的24%，其次《机械设计》发文31篇，占比9.8%；《計算机集成制造系统》16篇；《中国机械工程》15篇；《装饰》12篇；《机械工程学报》9篇，《机械设计与制造》9篇。另有一些期刊单本关于该主题的发文量并不多，但这类期刊很多，如《计算机辅助设计与图形学学报》《农机化研究》《机械科学与技术》《上海纺织科技》《计算机工程与应用》《小型微型计算机系统》《农业机械学报》《图学学报》等，这些期刊影响因子均较高，均为核心以上期刊，尤其发文量较高的期刊影响因子多大于1.0，因此，这些期刊一定程度上可代表智能产品设计研究的重点领域，期刊涉及工学、艺术学、社会学、法学等学科的不同领域，体现了智能产品设计研究的多学科交叉性、综合性特征。

（三）智能产品设计深入研究有待加强合作

1. 研究机构间的合作

运用CiteSpace软件对数据源做关于研究机构的聚类分析，得到317篇文献的研究机构共现知识图谱。由于基于CNKI导出原始数据的机构分析结果中研究机构多细分到了二级机构，在同一研究机构的多个二级机构分别就该主题的不同方面进行研究。从分析数据可看出，网络共有179个节点，而节点间的连线数，即各机构间的合作仅为91，整个图谱网络比较分散，密度仅为0.0057。因此，对CNKI导出的数据文件进行数据清洗，去除二级机构信息，对新的数据重新进行关于研究机构的共现分析，结果如图1所示。该网络节点数减少至142，连线数上升到143，网络密度提高到0.0143，不过从网络上看，研究机构间关于智能产品设计的合作关系仍比较稀少，主要集中在发文数量较多的几个研究机构之间近5年的联系有所增多。由研究机构发文量可见，大学类研究机构仍然是智能产品设计研究的主要力量，也有少数与企业的合作成果，但各研究机构间的交流与合作仍有待加强。

2.研究学者间的合作

运用CiteSpace软件对数据源做关于作者的聚类分析，得到文献发文作者的共现知识图谱，如图2所示。由图可知发文较多的学者，以及学者间的交流合作在图谱中形成了一些作者子网络结构。发文较多的学者中，北京津发科技股份有限公司的于兆泉和吴萍、上海理工大学的定律和上海电机学院的朱彦、北京科技大学的窦金花和覃京燕之间分别有合作，其他学者间合作较少。发文量不多的学者更是多为单独节点。可见，学者间的合作多限于本单位内部，跨单位的合作研究较少，独立作者发文较少。因此，该领域的深入研究还需要各位学者跨平台、跨单位的交流与合作，才能形成团队合力。

此外，借助CNKI检索和传统统计方法，整理前10篇高被引文献（如表1所示）发现，高被引论文作者与发文较多学者并没有较多的重合，研究深度和质量有待提高。

（四）智能产品设计研究的热点与趋势

1.热点分析

设置节点类型为Keyword，时间周期仍为1992-2022，时间切片设为3，g-index选择准则k=25，得到国内智能产品设计关键词知识图谱，如图3所示。从分析结果中的高频词数据可知，产品设计共出现71次，人工智能共出现59次。除此之外，智能产品、知识工程、智能设计、创新设计、智能制造、产品服务系统、用户体验和交互设计等关键词出现频次也较高。

在关键词共现网络分析的基础上，对关键词做聚类分析，得到关键词聚类分析结果。其中“产品设计”“知识工程”“智能制造”“老年人”“创新设计”“智能设计”“复杂性”“人工智能”“产品设计模型”“并行工程”“物联网”11个聚类，反映了国内智能产品设计领域的研究热点。

2.趋势分析

使用CiteSpace的TimeZone功能，可以得到关键词的时区分析图（如图4所示）。由图4可见，人工智能、智能产品、创新设计、智能制造等关键词提出时间较早，之后随着相关研究的增多，关键词也愈发细化和增多，到1999年产品设计首次出现，并在之后的研究中反复叠加出现，从而形成图上的最大年轮节点。在CiteSpace中，显示全部关键词，可见近两年“适老化设计”“自然交互”“主动交互”等关键词的出现，表明对智能产品设计提出了更高的要求。在产品设计类中，关键词“产品设计”自1999年出现后，关于“产品设计”的相关研究不断；在智能制造类中，2001～2016年的很长一段时间内，没有再出现过此类关键词，表明这段时间内该类研究处于低谷；老年人类的研究是从2014年出现的智能家居、体验设计、交互设计开始的。

使用CiteSpace中的Burst Detection功能，获取到1992～2022年之间智能产品设计主题相关的关键词突现情况如图5所示。可以看出“智能美学”“规则表达”“群体智能”等关键词突现时间较早，是该研究方向上早期受关注的主题；中间出现过“并行工程”“智能设计”“知识工程”3个突现强度高的关键词，说明21世纪初期技术性的研究受到关注；而“产品设计”“智能产品”“工业设计”“用户体验”“智能制造”“交互设计”6个关键词是在近年来才凸显出来的，而且“产品设计”“智能產品”“智能制造”和“交互设计”4个关键词时至今日仍然备受关注。这些关键词中突现强度最高的是“知识工程”，其次是“产品设计”和“智能产品”。

从以上分析可见，智能产品设计研究的发展趋势，该主题的相关研究是一个逐步演进的过程，初步发展阶段出现很多在相当长时间内一直被使用的关键词，如人工智能、产品设计、智能产品、创新设计、智能制造、智能设计等；波动上升阶段出现的关键词有知识工程、参数化设计、快速设计、交互设计、体验设计、物联网；稳定上升阶段研究热点多在工业设计、老年人、用户需求，以及适老化设计、自然交互、主动交互等方面。总体来看，该领域的研究呈现技术纵深化，方法多元化，场景复杂化的发展趋势。技术方面，智能产品设计研究中对于自然交互、主动交互的追求，要求人工智能技术在图像识别、语音识别等的基础上向多传感融合进一步发展；方法层面，为提升智能产品的性能，在传统产品设计方法的基础上，不断强调用户体验、以人为本，管理学、心理学等领域的研究方法不断引入，多元交叉的设计方法相继出现；场景方面，智能产品设计研究从面向儿童、老年人的陪伴型产品向更多复杂场景扩展，更多智慧服务型智能产品将渗透到人类的生产生活、衣食住行等方方面面，智慧农业、智能制造、智慧交通、智慧医疗等均要求智能产品设计要考虑更复杂的场景。

结论

通过对国内智能产品设计相关研究论文成果的统计分析，采用CiteSpace科学可视化软件中的各种功能，对智能产品设计的国内研究情况总结如下。

（1）智能产品设计的相关研究涉及工学、艺术学、社会学、法学等学科的不同领域，如工业通用技术及设备、计算机软件及计算机应用、自动化技术、机械工业、电力工业、轻工业手工业、艺术设计等。（2）国内关于智能产品设计研究的发文集中在一批影响因子较高的优质期刊上，其中《包装工程》上的相关发文量最高，占该研究主题总发文量的24%。（3）研究学者多来自大学，科研院所仍是智能产品设计研究的主力军，但各研究机构之间的交流与合作较少，对智能产品设计的深入研究仍需要各机构学者的通力合作。（4）产品设计、人工智能是智能产品设计相关研究中出现最多的关键词，产品设计、人工智能、知识工程和创新设计一直是该领域的研究热点。（5）近两年的研究热点集中在适老化设计、用户体验、自然交互、主动交互方面，与老年人相关的研究主要体现在智能家居、体验设计、交互设计方面。（6）智能产品设计研究经历初步发展、波动上升和稳定上升3个阶段，从概念形成、问题提出的探索，设计方法、支持技术的研究，到研究视角、研究思路的深入，正逐步产出更多成果。

由以上总结可以得出，未来智能产品设计的研究，呼唤深度的学科交叉、艺工融合、校企合作；需要各研究机构间加强交流、深度合作、互促共创；期待机器学习、人机交互、人脑思维等支撑技术研究取得突破性进展。未来智能产品设计的研究，应顺应设计的进化发展规律，从“满足我”“吸引我”“改变我”、向“理解我”转变，将进一步拓宽不同领域智能产品的设计，进一步提升智能产品的性能，更多地考虑以人为本，在自然交互、主动交互、情感体验、感性工学方面下功夫，由技术驱动向以人为本转向，采用定性加定量的研究方法，基于用户行为分析进行设计研究。

基金项目：南京工程学院创新基金面上项目（CKJB202211）；江苏高校哲学社会科学研究重大项目（2023SJZD108）；南京工程学院文化艺术创意设计研究院开放基金重大项目（CACD202001）

参考文献

[1]徐悬，刘键，严扬，等.智能化设计方法的发展及其理论动向[J].包装工程，2020，41（04）：10-19.

[2]李杰，陈超美.CiteSpace：科技文本挖掘机可视化（第2版）[M].北京：首都经济贸易大学出版社，2017.

[3]邹慧君，汪利，王石刚，等.机械产品概念设计及其方法综述[J].机械设计与研究，1998（02）：6-9+3.

[4]钟廷修.快速响应工程和快速产品设计策略[J].机械设计与研究，1999（01）：6-9+3.

[5]乌兰木其，邓家褆.现代产品设计方法及其演进[J].机械工程学报，2000（05）：1-6.

[6]韩伟力，陈刚，董金祥.面向个性化服务的虚拟设计系统[J].计算机集成制造系统-CIMS，2001（12）：13-18.

[7]闻邦椿，周知承，韩清凯，等.现代机械产品设计在新产品开发中的重要作用——兼论面向产品总体质量的“动态优化、智能化和可视化”三化综合设计法[J].机械工程学报，2003（10）：43-52.

[8]罗仕鉴，朱上上，孙守迁，等.基于集成化知识的产品概念设计技术研究[J].计算机辅助设计与图形学学报，2004（03）：261-266.

[9]李雪莲.老年智能轮椅设计研究[J].机械设计，2014，31（04）：100-105.

[10]李晓珊.居家养老模式下的智能产品设计研究[J].包装工程，2015，36（06）：77-80.